Étude de machines à réluctance variable pour une application de traction électrique : réduction des ondulations de couple et des efforts radiaux

Study of switched reluctance motors for electrical traction application : minimization of torque ripples and radial efforts

• Auteur / Autrice : M'hamed Belhadi
• Direction : Claude Marchand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 25/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed El-Hadi Zaïm
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Marchand, Mohammed El-Hadi Zaïm, Abdelmounaïm Tounzi, Vincent Lanfranchi, Jean-Philippe Lecointe, Guillaume Krebs, Xavier Mininger, Hala Hannoun
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelmounaïm Tounzi, Vincent Lanfranchi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dimensionnement (ingénierie)

Traction électrique

Machines à réluctance

Mots clés libres

Machine à réluctance variable

Flux axial

Flux radial

Courbe enveloppe

Ondulations de couple

Effort radial

Traction électrique

Force magnétostatique

Vibrations

Dimensionnement des machines

Optimisation géométrique

Switched reluctance motor

Axial flux

Radial flux

Torque-speed curve

Torque ripples

Radial efforts

Electric traction

Magneto-static force

Vibrations

Machines sizing

Geometrical optimization

Résumé

Le mémoire traite de la machine à réluctance variable en proposant d'une manière simultanée et du point de vue conception des solutions à ses deux inconvénients majeurs à savoir les ondulations de couple et les efforts radiaux. Les premières se propagent le long de la chaine de transmission diminuant ainsi le confort des usagers et les deuxièmes sont à l’origine d’une nuisance sonore. Dans une première partie et en s’intéressant à une structure axiale caractérisée par une faible force radiale, un bilan sur cette structure est donc établi. En effet, une configuration à deux stators et un rotor est la plus adéquate pour éventuellement remplacer la machine radiale de référence. Cette structure axiale est comparée à cette machine de référence après avoir établi des règles de passage d’une structure à une autre. Un premier passage est effectué en gardant le même encombrement et un deuxième passage en dimensionnant la machine axiale pour satisfaire le même cahier des charges que la machine radiale. Dans une deuxième partie, le travail s’oriente vers la modification de la structure radiale de la machine de référence et son optimisation. Plusieurs modifications sont proposées dont une structure avec une cale magnétique qui est la plus performante. Des optimisations géométriques à l’aide de l’algorithme génétique sur un point de fonctionnement sont ensuite effectuées pour remédier aux deux problèmes. A la fin, un récapitulatif de plusieurs structures optimisées est proposé pour servir de référence. Le choix de la machine la plus adéquate pourra donc être effectué en faisant un compromis entre la maximisation du couple, la réduction de ses ondulations et la réduction des efforts radiaux.

This report deals with switched reluctance motor by offering design solutions to the drawbacks of torque ripples and radial forces in the same time. Torque ripples reduce the user comfort and radial forces are the origin of noise. In the first part, an axial structure characterized by low radial force is analysed. Indeed, an axial configuration with two stators and one rotor is the most appropriate to replace the reference radial machine. Ones the rules of passage from one structure to another are established, the axial structure is then compared to the reference one. A first passage is made by keeping the same volume and a second one by sizing the axial machine with the same specifications as the radial one. In the second part, the work concerns the modification of radial structure of the reference machine and its optimization. Several modifications are proposed including a structure with a magnetic wedge which is the most efficient. Geometric optimization using genetic algorithm are then performed on operating points to remedy the both problems. In the end, several optimized structures are proposed. The choice of the most suitable machine can be done by making a compromise between the torque maximization, reducing its ripples and reducing radial forces.